專利名稱：在數(shù)據(jù)流中插入糾錯碼和重建數(shù)據(jù)流的裝置和方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及在數(shù)據(jù)流中插入糾錯碼和重建數(shù)據(jù)流的裝置和方法，以及相應的產(chǎn)品。
背景技術(shù)：
連續(xù)傳輸多媒體、文件的技術(shù)，又稱為“流式傳輸”，允許因特網(wǎng)沖浪者在傳輸期間實時地讀取這些文件，而不必等到它們完全下載以后。為此，文件的數(shù)據(jù)通常被斷續(xù)為小單元，以便以比臨界容量小的小容量分組的形式，從服務(wù)器向客戶輸送。這個容量常表示為MTU_size，代表網(wǎng)絡(luò)能輸送的最大容量。它取決于兩個方面，即設(shè)備或硬件地考慮，例如網(wǎng)絡(luò)的實際情況(非同步傳送方式，記為ATM；因特網(wǎng)協(xié)議或IP；無線通信，等等)，以及軟件的考慮(構(gòu)成網(wǎng)絡(luò)的路由器)。
實際上，由于路由器(有不同的能力)和通信量(因特網(wǎng)傳輸控制協(xié)議或TCP；用戶數(shù)據(jù)報協(xié)議或UDP……具有隨時間可變的位速率)兩者的復雜性，所以因特網(wǎng)受到局部阻塞，這尤其使分組的損失增加。
在涉及解碼器的客戶層次上，分組的損失引起它所接收的數(shù)據(jù)上的間斷或若干個間斷(在使用交錯技術(shù)的的情況下)。解碼器因此必須自行再同步于二進制序列(又稱為位流)的特定字碼上，例如圖像頭或再同步標記(如果它們存在的話)，如同按照MPEG4壓縮標準發(fā)送的視頻情況那樣。后面的這些標記的附加增強了對差錯的抵抗力(又稱為差錯彈性)，但增加了額外的吞吐量，也稱為“開銷”(約25個字節(jié))。因此，編碼效率降低，從而導致它的使用受到限制。
在下文中，措辭“再同步指示符”指的是插入數(shù)據(jù)流并用來進行同步(最好是在解碼過程中)的指示符，它或者是流中的時間改變(如同圖像首標那樣)，或者在同一圖像內(nèi)同步(因而在同一時刻中，如同再同步標記那樣)。
TCP協(xié)議使有可能通過有系統(tǒng)地再發(fā)送客戶不知道的損失的分組，來補救分組損失的問題。但這個協(xié)議難以適應視頻信號流式傳輸，因為它會引起不能接受的再傳輸滯后和圖像抖動值。所以，優(yōu)選UDP協(xié)議用于這種傳輸。
為保護UDP數(shù)據(jù)流而防止損失，廣泛使用的技術(shù)是使用無返回路徑的糾錯碼、或者FEC(表示前向糾錯碼)進行數(shù)據(jù)交錯。這些FEC尤其可由奇偶校驗碼或里德一索羅蒙碼(Reed-Solomon)組成。它們采用有可能重建損失的分組預定冗余等級。
這種糾錯技術(shù)可區(qū)分為兩種類型
基于交錯的統(tǒng)一保護方法或ELP交錯技術(shù)(ELP表示同等損失保護(Equal Lost Protection))，同等地保護每一數(shù)據(jù)分組。
基于交錯的可變保護方法或ULP交錯技術(shù)(ULP表示不同等的損失保護(Unequal Lost Protection))，根據(jù)分組的數(shù)據(jù)類型，對二進制序列的某些部分給予較其他部分更多的保護。
可變保護的另一種方法，被揭示在文件EP-A-0,936,772中，其描述一種音頻編碼器的ULP保護技術(shù)。根據(jù)該文的說明，按照差錯敏感性，即這些數(shù)據(jù)中的差錯對重建的音頻數(shù)據(jù)的可察覺影響，把音頻數(shù)據(jù)區(qū)分為n個有差錯的等級。每一數(shù)據(jù)等級被指定一個不同的差錯保護水平。例如，在每一數(shù)據(jù)分組中，可以區(qū)分立體聲分離信號中涉及旁側(cè)信道的比特和涉及中心信道的比特，或者相反，與預定頻率范圍有關(guān)的比特。
那種方法依賴于對音頻信息流中各種比特的所屬類別進行的精細區(qū)分，這種區(qū)分借助于分級符來實現(xiàn)，這些分級符能分類數(shù)據(jù)，并能定義差錯保護配置文件。這個配置文件然后作為控制信息，被發(fā)送至接收機。
但是，對損失分組部分的重建結(jié)果是導致可利用的數(shù)據(jù)量比本來可期望的少。尤其是，當分組被重建而不是可能將它們正確地同步時，這些分組常常是不能使用的。為降低損失再同步指示符(例如圖像頭或再同步標記)的風險，可能應用ULP交錯過程，而估且認可以高水平地保護這些指示符。但重建效率無論如何都是有限的，因為同步的分組鏈中的任何間斷都會潛在地破壞接連的分組，直至下一個再同步指示符到來。
如文件EP-A-0,936,772中所描述的，借助于精確區(qū)分每一分組中數(shù)據(jù)的各種類型對可變保護的附加性應用將顯著地增加實現(xiàn)的復雜性，而沒有解決難點。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明涉及一種在數(shù)據(jù)流中插入糾錯碼的裝置，它能提高重建的效率，也就是與已知的ELP交錯和ULP交錯過程相比，能提高接收機使用的數(shù)據(jù)量。
本發(fā)明的裝置能提供明顯的改進效果，同時能提供精確的控制參數(shù)，從而能根據(jù)環(huán)境適應所采用的技術(shù)。它能以實現(xiàn)UDP流常用的流式傳輸技術(shù)的結(jié)構(gòu)為基礎(chǔ)，而不要求復雜的開發(fā)和復雜的執(zhí)行過程。
本發(fā)明也涉及一種具有上述優(yōu)點的插入方法和相應的數(shù)據(jù)流重建裝置和方法。此外，它還應用于數(shù)字信號和計算機程序。
因此，本發(fā)明的主題是一種將糾錯碼插入在網(wǎng)絡(luò)中作為分組發(fā)送的至少一段數(shù)據(jù)流中的裝置。這些數(shù)據(jù)流的每一個都包括散布在流中的再同步指示符，而處于任意兩個連續(xù)的再同步指示符之間的數(shù)據(jù)構(gòu)成一個數(shù)據(jù)塊。插入碼的裝置包括
確定單元，用于確定流中相繼的數(shù)據(jù)段，
分配單元，用于為這些段的每一段分配一組糾錯碼，優(yōu)選FEC碼型，這些碼組有取決于段的可變的容量。
根據(jù)本發(fā)明，插入裝置也包括用來識別再同步指示符的單元，該用于確定數(shù)據(jù)段的單元通過對所述數(shù)據(jù)塊進行劃分來確定數(shù)據(jù)段，該分配單元被設(shè)計用于為任意兩個連續(xù)的再同步指示符之間的碼組指定減少的容量。
所表述的在任意兩個連續(xù)的相關(guān)流的再同步指示符之間的碼組容量“減少”(在下文中，分別稱為上游和下游再同步指示符，兩個“連續(xù)的”指示符是一個緊跟著另一個的指示符，也就是兩者之間沒有中間指示符)，意味著
與緊接著上游再同步指示符后面的段有關(guān)的碼組容量，嚴格地大于與緊靠著下游再同步指示符前面的段有關(guān)的碼組容量，
分別與處于上游和下游再同步指示符之間數(shù)據(jù)塊連續(xù)的各段有關(guān)的碼組的容量，是不增加的，因此，它或者是不變，或者是嚴格地減少。
因此，根據(jù)本發(fā)明，按照在數(shù)據(jù)流中的位置向數(shù)據(jù)上施加有可變的保護等級在處于兩個連續(xù)的上游和下游再同步指示符之間的數(shù)據(jù)塊中，分組越是靠近上游再同步指示符，它們就被保護得越好(“越好”也許意味著某些部分有穩(wěn)定的保護等級)。這個實施例出乎意料地與已知的ULP交錯型或其他可變保護的方法(例如文件EP-A-0,936,772)一種方法相反，在所述的方法中，保護等級依賴于數(shù)據(jù)類型)。
本發(fā)明的裝置能考慮到分組的損失的破壞后果，這取決于它們相對于再同步指示符的位置。這在圖1A和圖1B中得到舉例說明，它們圖解表示數(shù)據(jù)流12中處于分別為上游RMi和下游RMi+1的兩個再同步指示符之間的數(shù)據(jù)塊B。在這些圖中所表示的各個實體的維度，純粹是例證性的。作為例子，塊B被劃分為四個連貫的數(shù)據(jù)段SM1，SM2，SM3，SM4。流12的其他塊假定也以同樣方式構(gòu)成。
塊B的最后一段SM4的損失(圖1A)造成間斷DIS-A，這對其他段SM1，SM2，SM3不是有害的。因此，可利用的數(shù)據(jù)有覆蓋塊B的主要部分的長度LA。另一方面，第二段SM2的損失(圖1B)，造成間斷DIS-B，也使后面跟隨的塊B的段SM3和SM4不能使用，因為在接收時，不可能正確地同步它們的內(nèi)容。塊B的有用數(shù)據(jù)因而減少到單獨的一段SM1的長度LB，能正確解碼的只有這一段。
因此，隨著與上游再同步指示符(在這個例子中是標記RMi)的距離增加，而減少保護，看來是很有見識的。
本發(fā)明的裝置除了它的上述出于意料之外，在總體上與傳統(tǒng)方法的結(jié)果相反。尤其是，如上所述，保護數(shù)據(jù)的標準技術(shù)是基于數(shù)據(jù)分組的交錯(ELP交錯或ULP交錯過程)，它使有可能明顯降低有用信息和冗余信息的同時損失。但現(xiàn)在直截了當?shù)匕褌鹘y(tǒng)的ULP交錯，應用作為分組的位置函數(shù)而變的FEC碼的容量，不僅不會導致狀態(tài)的改善，而且會變得更惡劣。
為舉例說明，我們回到前面的例子(參考圖1A和1B)，并考慮應用ELP交錯過程(圖2A)。四個數(shù)據(jù)段SM1…SM4具有相同的容量，并分別與也是相同容量的標示為FEC1…FEC4的FEC碼組有關(guān)，規(guī)定序列Sj的每個都分別由與段SMj(為簡單起見它們也標為SMj)有關(guān)的數(shù)據(jù)和有關(guān)的碼組FECj(j＝1，2，3，或4)形成。這些序列Sj形成一個組G0，用于交錯。為構(gòu)成相同容量的分組P0，序列S1到S4的恒定容量部分被分別并置。
在按照塊B各部分實施可變等級保護的ULP交錯方案(圖2B)中，在通過定義恒定容量的S’1…S’4而調(diào)換這個字段中的已知過程，從而構(gòu)成一個組G’0。S’j的每一個都由與段SM’j(為簡單起見也標示為SM’j)有關(guān)的數(shù)據(jù)和一組FEC碼形成，F(xiàn)EC碼標示為FEC’j，這些FEC’j碼組的容量隨著段SM’j相對于上游標記RMi的距離變遠而減少。因此，第一組FEC’1有最大容量，第四組FEC’4有最小容量，第二和第三組FEC’2和FEC’3有中等容量。因此，與段SM’j相關(guān)的數(shù)據(jù)具有相反的行為。
此外，設(shè)塊B是預定義的，這些段SM’j構(gòu)成塊的新的劃分，所以它們的合計容量與ELP交錯過程的段SMj的總?cè)萘肯嗤榱苏_地比較ELP和ULP技術(shù)，兩種情況下所采用的塊B的FEC碼總?cè)萘肯嗤嶋H上，只不過是把為第四段設(shè)計的保護的一部分轉(zhuǎn)移至第一段。至于ELP交錯過程，分組P’0是由四個序列S’1…S’4的各個恒定容量部分并置構(gòu)成的。
可以證明，通過把標準規(guī)則應用于本發(fā)明的新穎概念而獲得的ULP交錯過程的效率與ELP交錯過程比較起來，會導致效率的損失。特別是，分別以P2和P3表示塊B中損失兩個和三個分組的概率(P3＜P2)，LSMj和LSM’j分別表示段SMj和SM’j的容量
ELP交錯與ULP交錯過程相比較的統(tǒng)計增益由乘積P3×LSM’1給出，因為在損失三個分組而不是塊B的所有段的事件中，第一個容量LSM’1被保留；
但是，統(tǒng)計損失由乘積P2×LSM4給出，因為在損失兩個分組而不是保留塊B的所有段的事件中，第四個容量LSM4被損失；
結(jié)果，余額等于(P3×LSM’1-P2×LSM4)，這個值是負的。
這個示例的發(fā)現(xiàn)能一般化，因為減少容量的上游段的較好保護是以增加容量的下游段的較差保護來補償?shù)?，而分組的損失引起下游損失，它是不能以上游安全度量來補償?shù)摹?br> 所以，本發(fā)明的裝置不僅出乎意料，而且是令人驚奇的，因為它與任何按已知方法探索這條途徑的人看來似乎會變壞的情形相反。下面講到的實施例和詳細描述將使讀者看到，本發(fā)明的裝置與ELP交錯過程相比較，還是能獲得顯著的利益的。
優(yōu)選地，再同步指示符包括再同步標記和/或圖像頭。
在優(yōu)選實施例形式中，插入裝置也包括數(shù)據(jù)交錯單元，它能確定數(shù)據(jù)序列的組并通過并置這些序列的部分而形成分組。
本發(fā)明的裝置確實特別適合數(shù)據(jù)交錯，如在很多慣用形式中那樣，它能顯著地降低有用信息和有關(guān)的冗余信息兩者同時損失的風險(因此不可補救的損失的風險)，盡管上面陳述的結(jié)果也許導致有人反對。
但是，數(shù)據(jù)交錯不是必要的，在不同實施例中，分組由數(shù)據(jù)順序形成，確保每一段和每一組糾錯碼的容量大于分組的容量。能更簡單一實施的這個變體，比使用交錯而獲得的效能要少一些。
在使用交錯的實施例中，數(shù)據(jù)交錯單元是這樣，即每一序列由一段和與這一段有關(guān)的糾錯碼組成。對分組形成進行控制的概率因此而增強，它們的實施也更容易。
這樣定義序列的實施例區(qū)分為兩種特別有利的形式。根據(jù)交錯的第一種形式，數(shù)據(jù)交錯單元可以是這樣的
對每一序列組來說，序列，段，碼組，分組和序列部分，分別有恒定的容量，
與這個序列組有關(guān)的每一個分組分別由這個組的全部序列的部分并置而形成。
這個以獨特形式表示的實施例能克服上述因難，并能把交錯以及根據(jù)分組相對于再同步指示符的位置進行可變等級保護的優(yōu)點綜合起來。事實上可以看出，與ELP交錯技術(shù)相比能獲得顯著改善的效率。下面解釋這種解決方法的成功之處在用于交錯的序列的每一組中，F(xiàn)EC碼有恒定的容量。因此，分組的損失對這個組內(nèi)的所有序列有同樣的影響，這樣，可避免有害地削弱對某個序列的保護。更為重要的是，取決于相對再同步指示符的位置的不同保護等級降低了由于缺少同步造成數(shù)據(jù)無用的風險，這個等級涉及序列的組。為簡便起見，這個實施例將稱為實行“成組保護”。
有利地，數(shù)據(jù)交錯單元就是，對每一數(shù)據(jù)塊來說，包含在包括至少一個與這個塊有關(guān)的序列的所有序列組(其)中的段都具有恒定的容量。
這種結(jié)果是能較好地控制每一塊中的保護等級，因為與這個塊有關(guān)的每一序列組中的糾錯碼組的容量精確地表示了糾錯碼的比例。
根據(jù)交錯的第二種形式，其中每一序列由段和有關(guān)的碼組組成，數(shù)據(jù)交錯單元可以是這樣的
段，分組和部分分別具有恒定的容量，糾錯碼組和序列具有可變的容量，
序列組由至少兩個序列子組構(gòu)成，所述的子組分別與至少兩個連續(xù)的數(shù)據(jù)塊相關(guān)，
與序列的組有關(guān)的每一個分組，分別由這個組中各個序列的部分并置而形成。
這個實施例也構(gòu)成交錯的獨特形式，其中序列的容量可變，同時在序列的每個組中有幾個塊的留量。它的成功是因為數(shù)據(jù)段容量的恒定性，盡管組內(nèi)的糾錯碼組容量是可變的，也是因為將分組端部的結(jié)構(gòu)從一個子組轉(zhuǎn)移至下一個的潛力。為簡便起見，這個實施例將稱為實行“瞬時鏈接”。插入裝置優(yōu)選采用上述交錯形式的兩者。
另外，有利之處在于，數(shù)據(jù)交錯單元是這樣的至少一個序列組包含與幾個相繼的數(shù)據(jù)塊有關(guān)的序列，并且，每個分組由與所有這些塊有關(guān)的序列的部分并置而形成。這種交錯方式可與上述第一或第二種形式聯(lián)合。為簡便起見，這個實施例將稱為實行“瞬時交錯”。
對插入裝置特別有利的是，具有練習上面陳述的幾種交錯方式的能力，因為這樣就能使交錯策略隨所考慮的數(shù)據(jù)流和網(wǎng)絡(luò)特性而變。因此，在優(yōu)選實施例中，塊容量被劃分為三個區(qū)段，分別定義為“小”、“中”、和“大”塊。這些區(qū)段的界限的選擇，特別地隨分組的容量(依賴于網(wǎng)絡(luò)的特性)，每個塊的段數(shù)(尤其依賴于有關(guān)編碼的解碼的處理能力)，和所實行的保護等級而定。下面的交錯過程與每一區(qū)段有關(guān)
大容量塊第一交錯形式(成組保護)，不用瞬時交錯；
中等容量塊第二交錯形式(瞬時鏈接)，不用瞬時交錯；
小容量塊第一交錯形式(成組保護)，帶有瞬時交錯。
這種實現(xiàn)方法，提供大容量負荷(有效載荷)的簡易性，避免中等容量的瞬時交錯，避免小容量的過分復雜的頭。在各種不同的實現(xiàn)方法中，只有兩個數(shù)據(jù)塊容量區(qū)段而不用三個，即分別把它們與所述兩種技術(shù)關(guān)聯(lián)。有利的是，交錯單元包括自動地隨塊的容量(也就是說隨再同步指示符的周期)而選擇交錯過程的裝置。
優(yōu)選地，由于每一序列由段和有關(guān)的糾錯碼組成，插入裝置也包括計算容量的單元，這個單元被設(shè)計用來計算與相應段有關(guān)的糾錯碼組的容量，作為網(wǎng)絡(luò)的更新?lián)p失模型估算的函數(shù)，借助于在報告中得到的數(shù)據(jù)，按照RTCP(表示Real Time Control Protocol(實時控制協(xié)議))協(xié)議來做比較有利。
因此，能以特別有效的方式在處理中尤其是降低連貫的再同步指示符之間的保護等級的方案中利用碼組的容量參數(shù)。
有利的是
插入裝置也包括用于識別數(shù)據(jù)類型的單元，
用來確定數(shù)據(jù)段的單元能根據(jù)三種類型數(shù)據(jù)建立段，和
用來分配碼的單元，被設(shè)計為對糾錯碼組的容量加權(quán)，作為與這些碼組相應的段的數(shù)據(jù)類型的函數(shù)。
因此，通過與常用的ULP交錯技術(shù)的聯(lián)合，增強了過程的效率。實際上，這個實施例等于將與位置有關(guān)的可變保護過程單獨地應用于每種數(shù)字類型。這些數(shù)據(jù)類型從下列壓縮數(shù)字視頻數(shù)據(jù)的元素中優(yōu)選
I，P或B型圖像；
頭，運動矢量或紋理型區(qū)劃實體；
和/或基礎(chǔ)層(base layer)或任選增強層類型的層。
本發(fā)明也涉及一種將糾錯碼插入在網(wǎng)絡(luò)上作為分組發(fā)送的至少一個數(shù)據(jù)流中的方法。所述每一數(shù)據(jù)流包括散布在這個流中的參考再同步指示符，而處于任何兩個連續(xù)的再同步指示符之間的數(shù)據(jù)構(gòu)成數(shù)據(jù)塊。用于插入碼的方法包括以下步驟
在流中確定連續(xù)的數(shù)據(jù)段，
向這些段的各段分配一組糾錯碼，這些碼組具有依賴于段的可變?nèi)萘俊?br> 根據(jù)本發(fā)明，插入方法也包括識別再同步指示符的步驟，通過對數(shù)據(jù)塊進行區(qū)劃而確定數(shù)據(jù)段，將逐漸減小的容量分配給處于連續(xù)的再同步指示符之間的碼組。
這個方法的實現(xiàn)，優(yōu)選地借助于根據(jù)本發(fā)明任一實施例的插入裝置。
本發(fā)明還應用于涉及至少一個數(shù)據(jù)流的數(shù)字信號。這些數(shù)據(jù)流各包括散布在這個流中的參考再同步指示符，處于任何兩個連續(xù)的再同步指示符之間的數(shù)據(jù)構(gòu)成數(shù)據(jù)塊。數(shù)字信號包括表示流中相繼的數(shù)據(jù)段和分別被指定給各段的糾錯碼組的信息，這些碼組有依賴于段的可變?nèi)萘俊?br> 根據(jù)本發(fā)明，數(shù)據(jù)段形成數(shù)據(jù)塊的區(qū)劃，碼組具有在任何兩個連續(xù)的再同步指示符之間減少的容量。
這個數(shù)字信號的獲得最好借助于根據(jù)本發(fā)明任一實施例的插入裝置。
本發(fā)明也適合于從源于網(wǎng)絡(luò)作為分組接收的數(shù)字信號，重建數(shù)據(jù)流的裝置，這些數(shù)字信號包括表示流中的相繼的數(shù)據(jù)段和分別被指定這些段的糾錯碼組的信息。重建裝置包括
重建單元，用于根據(jù)所接收的分組中表示數(shù)據(jù)段和糾錯碼組的信息重建損失分組的數(shù)據(jù)段，這個重建單元能操作容量依靠于段的糾錯碼組，
排序單元，用于對所接收的和重建的數(shù)據(jù)段進行排序，
同步單元，用于借助于包含在分組中的參考再同步指示符對數(shù)據(jù)段進行同步。
根據(jù)本發(fā)明，重建單元被設(shè)計用于對在任何兩個參考再同步指示符之間容量減少的糾錯碼組進行操作。
這個重建單元最好被設(shè)計用于重建與本發(fā)明的信號有關(guān)聯(lián)的信號。
本發(fā)明也涉及從源于網(wǎng)絡(luò)作為分組接收的數(shù)字信號重建數(shù)據(jù)流的裝置，這些數(shù)字信號包括表示流中的相繼的數(shù)據(jù)段和分別分配給這些段的糾錯碼組的信息。重建方法包括以下步驟
根據(jù)接收的分組中表示數(shù)據(jù)段和糾錯碼組的信息重建損失分組的數(shù)據(jù)段，
對所接收的和重建的數(shù)據(jù)段進行排序，
借助于包含在分組中的參考再同步指示符對數(shù)據(jù)段進行同步。
根據(jù)本發(fā)明，根據(jù)任何兩個連續(xù)的再同步指示符之間容量減少的糾錯碼組重建數(shù)據(jù)流。
這個重建方法的實現(xiàn)最好借助于根據(jù)本發(fā)明的重建裝置。
本發(fā)明的主題也是計算機程序產(chǎn)品，包括程序代碼指令，當程序在計算機上被執(zhí)行時，這些指令用于執(zhí)行根據(jù)本發(fā)明的插入糾錯碼的方法或重建數(shù)據(jù)流的方法的步驟。
措辭“計算機程序產(chǎn)品”被理解為這個程序的任何介質(zhì)，它可以是硬件(磁盤，軟盤，磁帶等)或者是信號形式(電的，電磁的，光信號，等)。


本發(fā)明借助于下面結(jié)合參考附圖的實施例(決不局限制這些)，將被更好地理解和說明，附圖中
圖1A是基本的示意圖，表示兩個連續(xù)的再同步指示符之間的數(shù)據(jù)塊，和這個塊的下游的損失對實際上可用的數(shù)據(jù)的影響；
圖1B表示圖1A塊的上游的損失對實際上可用的數(shù)據(jù)的影響；
圖2A表示將ELP交錯過程應用于包括圖1A和圖1B的塊(劃分為四段)的流；
圖2B表示將其中FEC碼的可變?nèi)萘恳蕾囉跀?shù)據(jù)相對于再同步指示符的位置的交錯過程應用于包括圖1A和圖1B的塊(劃分為四段)的流；
圖3是進行網(wǎng)絡(luò)通信的、根據(jù)本發(fā)明的糾錯碼插入裝置和流重建裝置的方塊圖4表示圖3插入裝置使用的序列的四個組，插入裝置應用第一交錯技術(shù)，其中FEC碼的可變?nèi)萘恳蕾囉跀?shù)據(jù)相對于再同步指示符的位置(成組保護型技術(shù))；
圖5給出作為損失率的函數(shù)的FEC保護效率(對接收機能使用的最大容量而言的中等容量)的比較，這些效率是就高斯損失模型，分別由傳統(tǒng)的ELP交錯過程和圖4的技術(shù)而獲得的；
圖6給出作為損失率的函數(shù)的FEC保護效率(對接收機能使用的最大容量而言的中等容量)的比較，這些效率是就雙態(tài)馬爾可夫損失模型，分別由傳統(tǒng)的ELP交錯過程和圖4的技術(shù)而獲得的(q＝0.6)；
圖7表示圖3插入裝置使用的序列的四個組，插入裝置應用第二交錯技術(shù)，其中FEC碼的可變?nèi)萘恳蕾囉跀?shù)據(jù)相對于再同步指示符的位置(成組保護帶瞬時交錯型技術(shù))；
圖8表示與FEC碼有關(guān)的各種類型的數(shù)據(jù)，它們被圖3的插入裝置聯(lián)合圖3或圖7所示的交錯技術(shù)之一而使用；
圖9表示由兩個子組合成并被圖3的插入裝置使用的序列組，插入裝置應用第三交錯技術(shù)，其中FEC碼的可變?nèi)萘恳蕾囉跀?shù)據(jù)相對于再同步指示符的位置(成組保護帶瞬時鏈接型技術(shù))。
具體實施例方式
在圖3中，以方塊形式表示的實體是純功能塊，所以，不必要與物理實體相對應。
用于插入發(fā)射機的FEC碼的裝置1被設(shè)計用于接收數(shù)據(jù)流11或幾個多路復用的流，由這個流11產(chǎn)生的流12包括數(shù)據(jù)保護FEC碼，它們以分組P的形式在通信網(wǎng)8例如因特網(wǎng)上發(fā)送。
用于重建接收機15的流的、與插入裝置1有關(guān)的裝置9，被設(shè)計用來接收流12，并產(chǎn)生數(shù)據(jù)流13，其中損失的數(shù)據(jù)，可能由段重建單元16借助于FEC碼重建，信息則分別由段排序單元17和同步單元18排序和同步。
插入裝置1包括
數(shù)據(jù)類型識別單元2，用于識別被接收的數(shù)據(jù)流11的類型；這些數(shù)據(jù)類型包括例如視頻圖像類型(I，P或B圖像)，區(qū)劃數(shù)據(jù)類型(頭，運動矢量或文本)和/或編碼擴展類型(基礎(chǔ)層或任選增強層)。
再同步識別單元3，用于識別散布在輸入流12中的再同步指示符，圖像頭或再同步標記；處于兩個連續(xù)的再同步指示符之間的數(shù)據(jù)形成一個塊；
確定單元4，用于確定各個段，其被設(shè)計用來對數(shù)據(jù)塊B進行劃分，確定流12中連續(xù)的段SM；
計算單元5，用于計算將要分別指定給段SM的FEC碼組(一般表示為“FEC”)的容量；這些容量被計算作為網(wǎng)絡(luò)8的損失模型的估算函數(shù)，例如借助于包含在RTCP報告中的數(shù)據(jù)；
分配單元6，用于分別將FEC碼組分配給段SM，作為計算單元5產(chǎn)生的結(jié)果的函數(shù)；
數(shù)據(jù)交錯單元7，用于交錯數(shù)據(jù)。
重建裝置9的單元16、17和18適用于插入裝置1的操作方式。插入裝置1引入例如處于流12頭部的處理指示符，指示所有的交錯技術(shù)，以及分組P的容量，段SM的容量和與這些段SM有關(guān)的FEC碼組的容量。
在與下面的考慮有關(guān)的一般方法中，我們定義序列S為各個段SM和有關(guān)FEC組的聯(lián)合，以及用于分離的組G，以便通過數(shù)據(jù)交錯形成分組P。
數(shù)據(jù)交錯單元7能夠?qū)崿F(xiàn)幾種交錯方式。按照其中的一種(或成組保護，圖4)，它定義每個塊B(參閱圖1A和1B)的數(shù)據(jù)序列組G1-G4(對于所有的實施例一般表示為G)。這些組G1-G4分別由組GSM1-GSM4和有關(guān)FEC碼組的組GSM1-GSM4組成。它們每個都包含有關(guān)塊B的相繼段，所有組G1-G4有同樣的容量，段的總數(shù)就是這個塊B的分段數(shù)。組Gi作為塊B的上游和下游再同步指示符RMi和RMi+1之間段的相繼位置的函數(shù)而被排序。
此外，F(xiàn)EC碼組特有容量fi(本示例i＝1，2，…4)與每個組Gi相關(guān)連，組G1-G4的這些組碼的容量為f1-f4，其按這些組的次序而減少(減少可能對某些部分的穩(wěn)定性有重大的影響)。這些容量fi指定FEC碼的比例，作為各段的塊B中的位置的函數(shù)。
當操作時，交錯單元7分別形成每個組Gi的分組Pi，即為每個分組Pi提取組Gi的各個序列的一部分，分組Pi因此對組Gi的序列橫截而被構(gòu)成。
對容量足夠大的分組的處理效率已在簡單示例中說明，其中每個塊被分為四個段，每一段五個分組(20個數(shù)據(jù)分組)。FEC保護的總比率等于40％，也就是8個FEC分組對每塊20個數(shù)據(jù)分組。
對于常用的ELP交錯過程，兩個FEC分組與四個段中的每一段有關(guān)。此外，上述成組保護過程通過采用分別與每一段，F(xiàn)EC碼(也就是說，F(xiàn)EC分組的數(shù)目)有關(guān)的容量f1-f4的分布而應用于誤碼率。
FEC分組的分布和所得到的效率，被度量為可由接收機15使用的數(shù)據(jù)相對最大容量的平均容量，被表達為表1和2中損失率的函數(shù)(按百分數(shù))，表1和2分別相對于高斯損失模型和雙態(tài)馬爾可夫損失模型。
此外，給出了作為損失率(軸21)的函數(shù)的FEC效率(軸22)的曲線已就兩種模型(30和35指示)表示出來(圖5和6)?？梢钥闯?，分別對于高斯損失模型和雙態(tài)馬爾可夫損失模型。由成組保護過程得到的曲線32和37系統(tǒng)地高于由ELP交錯過程得到的曲線31和36，對于某些損失效率，更為明顯。表-高斯模型的效率和FEC分布表2-馬爾可夫模型的效率和FEC分布
在交錯的另一種方式中(帶有瞬時交錯的成組保護，圖7)，交錯單元7根據(jù)連續(xù)塊的幾段SM(這些段在每一塊中處于相似位置)建立各個序列組G，例如G10，G20，G30，G40。例如，第一組G10包含四個連續(xù)塊各自的第一段(段SM1-1，SM1-2，SM1-3，SM1-4的組)，以及有關(guān)的FEC碼組(組FEC10)。同樣地，各組G20，G30，和G40包含四個塊中處于相同位置的各自四個段的組SM2-j，SM3-j，和SM4-j(j＝1…4)，以及有關(guān)的FEC碼組FEC20，F(xiàn)EC30和FEC40。
在每一組G中，F(xiàn)EC組具有恒定的容量(示例中的組G10，G20，G30，和G40分別為f1，f2，f3和f4)，不同組G的段SM都有相同的容量。
當操作時，交錯單元7分別為組G10，G20，G30和G40形成分組P10，P20，P30和P40，即橫截地提取組G各序列的一個部分(正如簡單的成組保護)形成這些分組P。這種瞬時交錯過程尤其適合于處理小容量分組，特別是當段SM的容量大大地小于臨界容量MTU_size時。
交錯單元使得有可能利用收識別數(shù)據(jù)類型的單元2給出的信息將一個或另一個上述過程與傳統(tǒng)的ULP交錯技術(shù)聯(lián)合起來。為此，將所選的交錯過程分別地應用于每種數(shù)據(jù)類型。例如(圖8)，定義數(shù)據(jù)序列S的組GD，把數(shù)據(jù)區(qū)分為信息類型數(shù)據(jù)INFO，D1類型和D2類型，并將FEC碼的系數(shù)FEC-INFO，F(xiàn)EC-D1和FEC-D2與這三種類型的數(shù)據(jù)關(guān)聯(lián)起來。每個系數(shù)然后用于為有關(guān)的數(shù)據(jù)類型對按上述過程所用的FEC碼進行加權(quán)。
在另外的交錯(瞬時鏈接，圖9)模式中，也可根據(jù)數(shù)據(jù)類型，與ULP交錯過程聯(lián)合，交錯單元7在至少兩個塊的基礎(chǔ)上構(gòu)成序列的各個組G，然而，僅僅在從一個塊到下一個塊的轉(zhuǎn)換期間準備根據(jù)與這些塊中的幾個有關(guān)的提取的樣品形成分組P(與瞬時交錯截然不同)。
因此，例如，序列組G100包括兩個子組SG1和SG2，這兩個組分別與兩個連續(xù)塊有關(guān)，并且以同樣的方式形成，兩個子組有相同數(shù)目的序列S，相同容量的段SM和FEC組。此外，段SM在整個組G100內(nèi)有恒定容量，而FEC組有可變的容量，它在每個塊的上游和下游再同步指示符之間逐漸減小，因此，在圖示的例子中，子組SG1和SG2分別包含四個序列S11-S14和S21-S24，段SM在四個“部分”中各有相同的容量，F(xiàn)EC組則有與每個塊有關(guān)的逐漸減小的配置3-2-2-1(根據(jù)部分的數(shù)目)。因此子組SG1和SG2具有相同的上底較寬的梯形形狀。
另一方面，分組P的形成模式，從子組SG1至另一子組SG2是不對稱的，并它涉及子組之間的轉(zhuǎn)換鏈接，而確保這些分組(在這個示例中，四個區(qū)劃)是恒定容量。更詳細地說，在第一子組中，第一分組P101是通過從序列S11-S14各提取第一部分而形成的。以類似的方式，交錯單元7通過從子組SG1的所有序列S11-S14分別提取相應的部分，構(gòu)成各個后繼分組P102至P105，首先構(gòu)成段SM(分組P102至P104)，然后構(gòu)成FEC組(分組P105)。
當這種提取模式由于最后序列S14的部分被用完而不再可能時，交錯單元7完成分組P106，該分組是現(xiàn)時從第二子組SG2的第一序列S21提取損失的區(qū)劃而形成的。以同樣的方式，從第一序列S11的最后部分開始的下一個分組P107是分別從子組SG2的前三個序列S21-S23提取三個損失的部分而完成的。后繼分組P108-P112在子組SG2中整體形成，即分別從它的四個序列S21-S24提取相繼的部分而形成。
與應用傳統(tǒng)的ULP過程可能會得到的結(jié)果相反，構(gòu)造方案與ELP交錯過程相比，在增加塊中的上游數(shù)據(jù)保護程度上是有利的，而分組的損失也不會明顯增加在數(shù)據(jù)下游段引起不可補救的損失。這個過程能處理中等容量的分組，而不借助于瞬時交錯。
示例中描述的特定配置允許兩個塊的周期性。但是，在其他實施例中，能有三個或更多塊的周期性。更詳細地說，所涉及的塊的數(shù)目依賴于部分損失的數(shù)目，以便通過從每個分組的不同序列提取部分，保證序列的子組的所有同樣容量的分組的完整構(gòu)形。
舉例描述過的插入裝置1的交錯單元7有能力實行上述任何一種策略。所采用的技術(shù)能由任何負責傳輸?shù)娜艘?guī)定，或者由插入裝置1作為尤其是分組P容量的函數(shù)而自動選擇。
權(quán)利要求
1.一種用于將糾錯碼(FEC)插入在網(wǎng)絡(luò)(8)上作為分組(P)發(fā)送的至少一個數(shù)據(jù)流(11)中的插入裝置(1)，每一所述數(shù)據(jù)流(11)包括散布在所述流中的參考再同步指示符(RM)，而處于任何兩個所述連續(xù)的再同步指示符之間的數(shù)據(jù)構(gòu)成數(shù)據(jù)塊(B)，所述插入碼的裝置(1)包括
確定單元(4)，用于確定所述流(11)中相繼的數(shù)據(jù)段(SM)，
分配單元(6)，用于向每一所述段(SM)分配糾錯碼(FEC)組，所述碼組有依賴于所述段的可變?nèi)萘浚?br> 其特征在于，所述插入裝置(1)還包括識別單元(3)，用于識別所述再同步指示符(RM)，以及在于，該用于確定段的單元(4)被設(shè)計為通過對所述數(shù)據(jù)塊(B)進行劃分來確定段(SM)，和在于，該分配單元(6)被設(shè)計為給任何兩個所述連續(xù)的再同步指示符(RM)之間的所述碼(FEC)組指定減少的容量。
2.根據(jù)權(quán)利要求1的插入裝置，其特征在于，所述再同步指示符包括再同步標記(SM)。
3.根據(jù)權(quán)利要求1和2兩者之一的插入裝置，其特征在于，所述再同步指示符包括圖像頭(ENT)。
4.根據(jù)前面的權(quán)利要求之一的插入裝置，其特征在于，還包括數(shù)據(jù)交錯單元(7)，它能夠確定數(shù)據(jù)序列(S)的組(G)，并能夠通過并置所述段(S)的部分形成所述分組(P)。
5.根據(jù)權(quán)利要求4插入裝置，其特征在于，數(shù)據(jù)交錯單元(7)使得每一序列(S)由段(SM)中的一段和與所述段(SM)有關(guān)的糾錯碼(FEC)組組成。
6.根據(jù)權(quán)利要求5的插入裝置，其特征在于，數(shù)據(jù)交錯單元(7)能使得
對于序列的每一所述組(G1-G4；G10，G20，G30，G40)，所述序列(S)，所述段(SM)，所述碼(FEC)組，所述分組(P)和序列的所述部分分別有恒定的容量，
通過分別并置所述組(G)的所有所述序列(S)的部分來形成與序列的所述組(G)有關(guān)的每一所述分組(P)。
7.根據(jù)權(quán)利要求6的插入裝置，其特征在于，數(shù)據(jù)交錯單元(7)使得對于每一所述數(shù)據(jù)塊(B)，被包括在序列的所有組(G1-G4；G10，G20，G30，G40)中的所述段(SM)具有恒定的容量，其中所述序列包含至少一個與所述塊(B)有關(guān)的序列(S)。
8.根據(jù)權(quán)利要求5至7之一的插入裝置，其特征在于，數(shù)據(jù)交錯單元(7)能使得
所述段(SM)，所述分組(P)和所述部分分別有恒定的容量，所述糾錯碼(FEC)組和所述序列(S)有可變的容量，
序列的所述組(G100)由序列的至少兩個子組(SG1，SG2)組成，這些子組分別與至少兩個相繼的數(shù)據(jù)塊(B)有關(guān)，
通過分別并置所述組(G100)的不同序列(S)的部分來形成與序列的組(100)有關(guān)的每一所述分組(P)。
9.根據(jù)權(quán)利要求4至8之一的插入裝置，其特征在于，數(shù)據(jù)交錯單元(7)能使得序列的組(G10，G20，G30，G40)中的至少一個包含與幾個相繼的數(shù)據(jù)塊(B)有關(guān)的序列(S)，以及在于，通過并置與所述塊(B)有關(guān)的序列的部分來形成每一所述分組(P10，P20，P30，P40)。
10.根據(jù)前面的權(quán)利要求之一的插入裝置，其特征在于還包括用于計算容量單元(5)，該單元被設(shè)計為有利地借助于根據(jù)RTCP協(xié)議的報告中包含的數(shù)據(jù)來計算涉及相應段(SM)容量的糾錯碼(FEC)組的容量，作為所述網(wǎng)絡(luò)(8)的更新?lián)p失模型估算的函數(shù)。
11.根據(jù)前面的權(quán)利要求之一的插入裝置，其特征在于還包括用于識別數(shù)據(jù)的類型的單元(2)，以及在于，用于確定段的單元(4)能根據(jù)所述數(shù)據(jù)類型建立段(SM)，和在于，分配碼的單元(6)被設(shè)計為對糾錯碼(FEC)組的容量加權(quán)，作為與所述碼組(FEC)相應的段(SM)數(shù)據(jù)類型的函數(shù)。
12.根據(jù)權(quán)利要求11的插入裝置，其特征在于，所述數(shù)據(jù)類型從壓縮數(shù)字視頻數(shù)據(jù)的下列元素中選擇
I，P或B型圖像；
頭，運動矢量或紋理型區(qū)劃實體；
和/或基礎(chǔ)層或任選增強層類型的層。
13.一種用于將糾錯碼(FEC)插入在網(wǎng)絡(luò)(8)上作為分組(P)發(fā)送的至少一個數(shù)據(jù)流(11)的方法(1)，每一所述數(shù)據(jù)流(11)包括散布在所述流中的參考再同步指示符(RM)，而處于任何兩個所述連續(xù)的再同步指示符之間的數(shù)據(jù)構(gòu)成數(shù)據(jù)塊(B)，所述插入碼的方法包括以下步驟
確定所述流(11)中相繼的數(shù)據(jù)段(SM)，
向每一所述段(SM)分配一組糾錯碼(FEC)，所述碼組有依賴于所述段(SM)的可變?nèi)萘浚?br> 其特征在于，所述插入方法還包括識別所述再同步指示符(RM)的步驟，以及在于，通過對所述數(shù)據(jù)塊(B)進行劃分來確定段(SM)，和給任何兩個所述連續(xù)的再同步指示符(RM)之間的所述碼(FEC)組指定減少的容量，
所述方法最好通過根據(jù)權(quán)利要求1至12之任一權(quán)利要求的插入裝置來實現(xiàn)。
14.一種涉及至少一個數(shù)據(jù)流(11)的數(shù)字信號(12)，每一所述數(shù)據(jù)流包括散布在所述流(11)中的參考再同步指示符(RM)，處于任何兩個所述連續(xù)的再同步指示符(RM)之間的數(shù)據(jù)構(gòu)成數(shù)據(jù)塊(B)，所述數(shù)字信號(12)包括表示所述流(11)中的數(shù)據(jù)段(SM)和分別被分配給所述段(SM)的糾錯碼(FEC)組的信息，所述碼(FEC)組有依賴于所述段(SM)的可變?nèi)萘浚?br> 其特征在于，所述數(shù)據(jù)段(SM)形成所述數(shù)據(jù)塊(B)的區(qū)劃，和在于，所述碼(FEC)組在任何兩個所述連續(xù)的再同步指示符(RM)之間有減少的容量，
所述數(shù)字信號最好通過根據(jù)權(quán)利要求1至12之任一權(quán)利要求的插入裝置獲得。
15.一種用于根據(jù)作為源于網(wǎng)絡(luò)(8)的分組(P)而被接收的數(shù)字信號(12)重建數(shù)據(jù)流(13)裝置(9)，所述數(shù)字信號(12)包括表示所述流(13)中相繼的數(shù)據(jù)段(SM)和分別被分配給所述段(SM)的糾錯碼(FEC)組的信息，所述重建裝置(9)包括
重建單元(16)，用于根據(jù)表示所接收的分組(P)中的數(shù)據(jù)段(SM)和糾錯碼(FEC)組的信息重建損失分組(P)的數(shù)據(jù)段(SM)，所述重建單元(16)能對可變?nèi)萘恳蕾囉谒龆?SM)的糾錯碼(FEC)組進行操作，
排序單元(17)，用于對被接收和重建的數(shù)據(jù)段(SM)進行排序，
同步單元(18)，用于借助包含在所述分組中的參考再同步指示符(RM)對所述數(shù)據(jù)段(SM)進行同步，
其特征在于，所述重建單元(16)被設(shè)計為對在任何兩個所述參考再同步指示符(RM)之間容量減少的糾錯碼(FEC)組進行操作，
所述重建裝置(9)最好被設(shè)計為根據(jù)權(quán)利要求14的信號來重建信號(12)。
16.一種用于根據(jù)作為源于網(wǎng)絡(luò)(8)的分組(P)而被接收的數(shù)字信號(12)重建數(shù)據(jù)流(13)的方法，所述數(shù)字信號(12)包括表示所述流(13)中相繼的數(shù)據(jù)段(SM)和分別被分配給所述段(SM)的糾錯碼(FEC)組的信息，所述碼(FEC)組有依賴于所述段(SM)的可變?nèi)萘?，所述重建方法包括下列步驟
根據(jù)表示所接收到的分組(P)中的數(shù)據(jù)段(SM)和糾錯碼(FEC)組的信息重建損失分組(P)的數(shù)據(jù)段(SM)，
對被接收和重建的數(shù)據(jù)段(SM)進行排序，
借助于包含在所述分組中的參考再同步指示符(RM)對所述數(shù)據(jù)段(SM)進行同步，
其特征在于，所述數(shù)據(jù)流(13)根據(jù)在任何兩個所述參考再同步指示符(RM)之間容量減少的糾錯碼(FEC)組來重建，
所述重建方法最好借助于根據(jù)權(quán)利要求15的重建裝置(9)來實現(xiàn)。
17.一種包括程序代碼指令的計算機程序產(chǎn)品，當所述程序在計算機上被執(zhí)行時，用于執(zhí)行根據(jù)權(quán)利要求13的插入糾錯碼的方法，或根據(jù)權(quán)利要求16的重建數(shù)據(jù)流的方法的步驟。
全文摘要
一種用于插入糾錯碼和重建數(shù)據(jù)流的裝置和方法以及相應的產(chǎn)品。本發(fā)明涉及用于將糾錯碼插入在網(wǎng)絡(luò)(8)上的分組中發(fā)送的數(shù)據(jù)流(11)中的裝置(1)、用于重建數(shù)據(jù)流(13)的裝置(9)和相應的方法和產(chǎn)品。插入裝置包括識別單元(3)，用于識別散布在數(shù)據(jù)流中的再同步指示符；和確定單元(4)，用于確定在這些流中的相繼段，這些段形成處于兩個連續(xù)的再同步指示符之間的數(shù)據(jù)的劃分。它還包括分配單元(6)，用于給每一段分配一組糾錯碼，這些碼組在任何兩個連續(xù)的再同步指示符之間有減少的容量。裝置最好也包括數(shù)據(jù)交錯單元(7)。
文檔編號H04L1/00GK1445968SQ0312044
公開日2003年10月1日 申請日期2003年3月17日 優(yōu)先權(quán)日2002年3月15日
發(fā)明者菲利普·博爾德, 愛德華·弗朗索瓦, 菲利普·吉約泰爾, 蒂埃里·凱貝爾 申請人:湯姆森許可貿(mào)易公司